Metodos de Diseño y Analisis Estructural de madera

ESTRUCTURAS DE MADERA

CAPÍTULO II

CAPITULO 2

MÉTODOS DE DISEÑO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL La parte principal de todo trabajo de diseño estructural es la necesidad de concebir y evaluar el comportamiento físico de la estructura al resistir las cargas que debe soportar;  para lo cual debe hacerse un trabajo matemático para apoyar este análisis. Concluido el análisis se debe realizar el trabajo de diseño; pero para esto deben considerarse los comportamientos estructurales simples y la metodología de diseño a seguir.

2.1

Métodos de de Di Diseño

Actualmente se utilizan 2 métodos principales de diseño que son: 

tradicional  que se conoce como diseño diseño por esfuer esfuerzos zos de trabaj trabajo o El método tradicional  admisibles.-

En este método se utilizan relaciones básicas derivadas de la teoría

clásica del comportamiento elástico de los materiales; la adecuación o seguridad de los diseños se mide al comparar con respecto a dos límites principales: un aceptable  para el esfuerzo máximo y un nivel tolerable para el alcance de la deformación. Estos límites se calculan tal como se presentan en respuestas a las cargas de servicio; es decir a las cargas producidas por las condiciones de uso normal de la estr estruct uctur ura, a, los los mo movi vimi mien ento toss tole tolera rabl bles es se llam llamab aban an deflexiones deflexiones admisibles admisibles, alargamiento admisible,

etc. En esencia el método de los esfuerzos de trabajo

consiste en diseñar una estructura para trabajar a algún porcentaje apropiado establecido de su capacidad total. Sin embargo lo que es verdaderamente apropiado como una condición de trabajo tiene mucho de especulación teórica. teórica. Con el objeto de establecer en forma convincente ambos límites de esfuerzo y deformación, fue necesario ejecutar ensayos de estructuras reales. Este método de diseño constituye en su mayoría a los reglamentos de diseño, y en especial el Manual de diseño para maderas del Grupo Andino, la cual es la que se usa en nuestro medio. 

Método de la resistencia

o LRFD, en el cual se usan límites de falla para el trabajo

de diseño. El método de la resistencia consiste en diseñar una estructura para fallar, fallar, pero para una condición de carga más allá de lo que debería experimentar  UNIVERSIDAD UNIVERS IDAD MAYOR DE SAN SIMON

19

FACULTAD FACULTAD DE CIENCIAS CIENC IAS Y TECNOLOGIA TECNOLO GIA

ESTRUCTURAS DE MADERA

CAPÍTULO II

durante su uso. Una razón principal para favorecer los métodos de resistencia es que la falla de una estructura se demuestra con relativa facilidad mediante mediante pruebas físicas.

2.2 2.2 Esfu Esfuer erzo zoss que que res resis iste te la la made madera ra La acción de las cargas c argas somete a las maderas a los siguientes esfuerzos: 2.2.1COMPRESIÓN: Este esfuerzo se produce cuando una fuerza tiende a comprimir  o aplastar un miembro. Este esfuerzo se presenta en e n las columnas de edificaciones, así como en algunas barras que conforman distintos tipos de armaduras. Paralelas a las fibras(veta)

•

Perpendicular a las fibras Inclinadas a las fibras

• •

adσ  CII adσ  C  ⊥

adσ  C ∠

2.2.2TRACCIÓN: 2.2.2TRACCIÓN: Es un esfuerzo que se produce produce cuando una fuerza fuerza tiende a estirar estirar o alargar un miembro. La cuerda inferior y ciertas almas de miembros de armaduras y cabios atirantados atirantados trabajan trabajan a tracción. tracción. Si se conoce la fuerza fuerza total de tracción axial (denotado por P) en un miembro, así como el área de su sección transversal (denotado por A), el esfuerzo unitario de tracción se encuentra a partir de la fórmula  básica del esfuerzo directo :

σT =

•

P A Paralelas a las fibras

adσ  TII

2.2.3FLEXIÓN: 2.2.3FLEXIÓN: Este tipo de esfuerzo por lo común se genera por la aplicación de momentos llamados momentos flexionantes (sobre todo en vigas), produciendo esfuerzos flexionantes (tanto de compresión como de tracción). adσ  f 

•

2.2.4CORTE: 2.2.4CORTE: Se produce un esfuerzo cortante cuando dos fuerzas iguales, paralelas y de sentid sentidoo contra contrario rio tienden tienden a hacer hacer resbal resbalar ar,, una sobre sobre otra, otra, las superf superfici icies es UNIVERSIDAD UNIVERS IDAD MAYOR DE SAN SIMON

20

FACULTAD FACULTAD DE CIENCIAS CIENC IAS Y TECNOLOGIA TECNOLO GIA

ESTRUCTURAS DE MADERA

CAPÍTULO II

contiguas del miembro. Este esfuerzo que es muy común se presenta en la mayoría de los elementos estructurales, y por ejemplo en vigas cabe señalar que existen 2 tipos de esfuerzo cortante, el vertical y el horizontal; y por lo general las fallas por  cortante en vigas de madera se deben al esfuerzo cortante horizontal, y no al vertical.

adτ

•

2.2.5DEFORMACIÓN: 2.2.5DEFORMACIÓN: La deformación es el cambio de tamaño o forma que siempre sufre un cuerpo que está sometido a una fuerza. Cuando las fuerzas son de comp compre resi sión ón y de trac tracci ción ón axia axial, l, las las defo deform rmac acio ione ness son son acor acorta tami mien ento toss o alar alargam gamie ient ntos os,, resp respec ecti tivam vamen ente te.. Cuand Cuandoo una fuer fuerza za actúa actúa en un miemb miembro ro flexionándolo (como lo hacen las cargas en las vigas), la deformación se llama  flecha.

Flechas; Flechas; este fenómeno en las maderas es extremadamente peligroso, las flechas admisibles dependen del grupo de las maderas:

↔

•

Grupo A ↔ adf  ≅

•

Grupo B ↔ adf  ≅

•

2.3 2.3

L (cm) 250 - 300 L (cm) 225 - 275

Grupo C ↔ No debe utilizarse para resistir cargas (sólo para estructuras  provisionales).

PRO PROPIED PIEDA ADES ELÁ ELÁSTIC TICAS

2.3.1Limite Elástico.El diseño de las estructuras de madera se basa en la teoría elástica, en la cual se establece que las deformaciones son directamente proporcionales a los esfuerzos, es decir que al ser  aplicada una fuerza se produce una cierta deformación, y al ser aplicada el doble de esta fuerza se producirá el doble de la cantidad de deformación. Esta relación se mantiene sólo hasta un cierto límite, después del cual la deformación comienza a aumentar en un grado

UNIVERSIDAD UNIVERS IDAD MAYOR DE SAN SIMON

21

FACULTAD FACULTAD DE CIENCIAS CIENC IAS Y TECNOLOGIA TECNOLO GIA

ESTRUCTURAS DE MADERA

CAPÍTULO II

mayor que los incrementos de carga aplicada; el esfuerzo unitario para el cual ocurre este proporcionalidad del material. límite se conoce como límite elástico o límite de proporcionalidad 

Más allá del lími límite te elástico se produce una deformación deformación permanente permanente en el miembro. En el Método de esfuerzos admisibles

el diseño establece que no se debe sobrepasar el límite

elástico para la estructura sometida a cargas de servicio. 2.3.2Módulo De Elasticidad Axial .El Módulo de elasticidad  de un material es la medida de su rigidez , y este es la relación entre el esfuerzo unitario y la deformación unitaria, siempre que el esfuerzo unitario no exceda el límite elástico del material. El modulo de elasticidad axial “E” varia entre: 55000